陳倩倩，王金榮，王 朋，喬漢楨，張亞坤，楊 娜，劉 岑

（河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，河南鄭州 450001）

綠色、健康、有機(jī)的畜產(chǎn)品越發(fā)受到飼料加工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和消費(fèi)者的關(guān)注?？股仡惿L促進(jìn)劑（Antibiotic Growth Promoters，AGPs）因其具有促進(jìn)動物生長和提高飼料轉(zhuǎn)化效率等功能曾被廣泛應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)，但動物飼料中AGPs的濫用會導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性以及在動物產(chǎn)品中過多殘留。同時，耐藥基因可以從非致病基因水平轉(zhuǎn)移到致病基因，而耐抗生素細(xì)菌可以直接從動物轉(zhuǎn)移到人類。歐盟自2006年1月1日起已開始全面禁止在動物飼料中使用AGPs，我國已于2020年7月1日起全面禁止在畜禽飼料中使用AGPs?？股氐慕么偈谷藗冎铝τ趯で罂商娲股氐男滦?、綠色和無公害的飼料添加劑。目前研究較為廣泛的抗生素替代品包括有機(jī)酸、益生菌、酸化劑和植物提取物等。中鏈脂肪酸（Medium-Chain Fatty Acids，MCFAs）是一類屬于C6至C12之間的有機(jī)酸，包括天然MCFAs[C6:0（己酸）、C8:0（辛酸）、C10:0（癸酸）、C12:0（月桂酸）]和化學(xué)合成的MCFAs[C7:0（庚酸）、C9:0（壬酸）、C11:0（十一烷酸）]。MCFAs在自然界中主要以中鏈甘油三酯（Medium-Chain Triglycerides，MCTs）的形式存在于乳脂和飼料中，MCTs是由MCFAs經(jīng)甘油酯化而來，主要來源于棕櫚核仁油、椰子油、萼距化植物油和母乳及其乳制品中。MCFAs作為一種天然抗菌劑，因其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性，具有調(diào)節(jié)動物腸道形態(tài)、抑制有害菌增殖、調(diào)節(jié)免疫功能以及促進(jìn)動物的生長性能等優(yōu)勢，作為抗生素替代產(chǎn)品之一逐漸在動物生產(chǎn)中普遍應(yīng)用。因此，本文重點(diǎn)闡述了MCFAs的生物學(xué)功能及其在畜牧養(yǎng)殖方面的應(yīng)用，為改善畜禽生長性能提供理論依據(jù)。

1 MCFAs的生物學(xué)功能

MCFAs具有迅速供能、改善腸道、降低脂肪沉積和抑菌等特點(diǎn)，相對于長鏈脂肪酸（Long-Chain Fatty Acids，LCFAs）其碳鏈更短、熔點(diǎn)更低、溶解性較高，相對于短鏈脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids，SCFAs）其穩(wěn)定性較高，作用于機(jī)體的時間更長，從而使其在動物體內(nèi)經(jīng)消化、吸收、代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)、氧化等過程都具有獨(dú)特之處。

1.1 供能作用 MCFAs能被動物更快速、直接地吸收，并且在動物體內(nèi)起到降糖降脂的作用，也是幼年動物供能的直接能源。MCFAs分子量小（116～200）、水溶性較強(qiáng)、在動物體內(nèi)不需要膽鹽乳化就可被胰脂肪酶水解，且水解效果是LCFAs的6倍，可以不依賴線粒體肉堿酰轉(zhuǎn)移酶的協(xié)助轉(zhuǎn)運(yùn)即可經(jīng)過門靜脈循環(huán)系統(tǒng)直接運(yùn)輸?shù)礁渭?xì)胞線粒體內(nèi)進(jìn)行氧化、分解供能。這種代謝機(jī)制促進(jìn)了動物體內(nèi)酮體的生成，酮體容易通過血腦屏障并被大腦氧化，因此，MCFAs可以通過生成酮體提供直接和間接腦供能來源，在低血糖發(fā)作期間保持腦功能而不提高血糖水平，為1型糖尿病的預(yù)防性治療提供了新策略。MCFAs的降糖作用與其血漿和脂肪細(xì)胞脂聯(lián)素水平升高有關(guān)，脂肪細(xì)胞脂聯(lián)素通過胰島素受體底物1（Insulin Receptor Substrate，IRS1）、相關(guān)磷脂酰肌醇-3-激酶（Phosphatidylin-Ositol-3-Kinase，PI 3K）、AMP活化蛋白激酶（AMP-Activated Protein Kinase）以及肝臟和肌肉中的過氧化物酶體增殖物激活受體（Peroxisome Proliferators-Activated Receptors，PPARs）來增強(qiáng)腎周脂肪組織脂聯(lián)素mRNA的表達(dá)，最終在動物體外和體內(nèi)達(dá)到增強(qiáng)胰島素的效果。同時MCFAs還能抑制脂肪組織中脂肪酸合成酶、肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶的活性以及相關(guān)mRNA、解偶聯(lián)蛋白mRNA和甘油激酶mRNA的表達(dá)，進(jìn)而抑制脂肪的生成達(dá)到脂解作用。

MCFAs的消化吸收也受碳鏈長度的影響。其中在混合己酸和辛酸的MCFAs中，仔豬對己酸的水解速度是辛酸的8倍，辛酸在新生仔豬體內(nèi)的氧化速度比LCFAs快3～4倍，供能效率更高。Johnson等給大鼠飼喂含有MCFAs和LCFAs的飼糧，24 h后經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)大約有90%的MCFAs被大鼠吸收，說明MCFAs在大鼠體內(nèi)的氧化吸收比LCFAs更完全。Wein等報道，LCFAs能夠明顯損害大鼠體內(nèi)胰島素敏感性和脂質(zhì)代謝率，但MCFA似乎可以在不限制熱量攝入的情況下保護(hù)高脂肪喂養(yǎng)的大鼠免受脂毒性和胰島素拮抗的危害。同樣，與飼喂含長鏈甘油三酯（Long-Chain Triglycerides，LCTs）飼料的大鼠相比，喂食含MCTs飼料的大鼠體內(nèi)脂肪堆積較少，糖耐量更好。

1.2 抗菌作用 MCFAs和MCTs對多種病原體均表現(xiàn)出很強(qiáng)的抑菌活性，包括革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌、包膜病毒、真菌、藻類以及原生動物。目前對MCTs的抑菌研究相對較多，盡管MCTs的抑菌機(jī)理還不是非常清楚，但有研究人員假設(shè)MCTs作為一種非離子表面活性劑穿過細(xì)菌細(xì)胞膜，成為細(xì)胞膜的一部分，從而改變細(xì)胞膜的穿透性，同時抑制其中脂肪酶的活性。由于解離的MCFAs和MCTs可進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)并和細(xì)菌質(zhì)膜中的膜蛋白結(jié)合，改變膜的通透性，使細(xì)菌膨脹受壓過大而死亡，因此具有抑菌作用。MCFAs通過破壞包膜病原體（如細(xì)菌和脂質(zhì)雙層包膜病毒）周圍的磷脂膜，進(jìn)而達(dá)到抑制細(xì)菌生長、誘導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞溶解和殺菌的作用。一般來說C10類癸酸和C12類月桂酸及其甘油酯具有較強(qiáng)的抑菌效果。Bergsson等報道，單癸酸甘油酯能夠破壞幽門螺旋桿菌的細(xì)胞膜及細(xì)胞壁。單月桂酸甘油酯（Glycerol Monolaurates，GMLs）能夠?qū)е陆瘘S色葡萄球菌、白色念球菌、糞腸球菌的細(xì)胞壁合成受阻，最終達(dá)到抑制細(xì)菌的作用。Takashi 等研究表明，400 mg/mL的月桂酸及其甘油酯對甲氧西林敏感的金黃色葡萄球菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌具有抑菌活性。MCFAs與有機(jī)酸聯(lián)合使用時存在協(xié)同效應(yīng)。黃藝珠等研究發(fā)現(xiàn)，MCFAs、SCFAs聯(lián)合使用對病毒囊膜和細(xì)菌膜穿透力更強(qiáng)，對病毒、病原體有同時抑制的雙效。祁姣姣等報道，MCFAs（辛酸、癸酸）和肉桂酸兩兩聯(lián)合使用，對沙門氏菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均表現(xiàn)出協(xié)同或相加的抑菌作用。

MCFAs的抑菌效果與其破壞細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)時細(xì)菌內(nèi)pH呈負(fù)相關(guān)。pH越小，MCFAs對動物胃及小腸的抑菌效果就越顯著。Benkendorff等研究發(fā)現(xiàn)，癸酸和辛酸在十二指腸pH為5時就可完全抑制大腸桿菌的生長。Immanuel等測定了辛酸對悉生鹵蟲無節(jié)幼體接種蝦致病菌哈維氏弧菌和副溶血性弧菌的抗菌作用，發(fā)現(xiàn)100 mmol/L的辛酸在5 h內(nèi)可完全抑制病原體的生長，但在1 mmol/L和10 mmol/L濃度下則有效的抑制時間延長，在pH為5時對病原體的抑制更明顯，說明辛酸對水產(chǎn)養(yǎng)殖中發(fā)光弧菌具有潛在的抗菌活性。

1.3 免疫調(diào)節(jié)作用 除抗菌特性外，MCFAs和MCTs還具有免疫調(diào)節(jié)特性。G蛋白偶聯(lián)受體84（GPR84）是MCFAs（C9～C14）的特異性受體，其中C10～C12的作用最強(qiáng)。Sundqvist等證實(shí)，MCFAs（癸酸、月桂酸）在嵌合G蛋白（G）嵌合體的存在下能夠激活小鼠GPR84，獲得穩(wěn)定表達(dá)N端標(biāo)記的CHO-GPR84細(xì)胞，使其抑制小鼠體內(nèi)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子。G蛋白偶聯(lián)受體120（GPR120）是MCFAs和LCFAs的受體，負(fù)責(zé)游離脂肪酸誘導(dǎo)L細(xì)胞分泌胰高血糖素樣肽-1（GLP-1），也作用于巨噬細(xì)胞和脂肪細(xì)胞，介導(dǎo)強(qiáng)大的抗炎和胰島素增敏作用。據(jù)報道，GPR120的功能障礙會導(dǎo)致小鼠和人類的肥胖。除此之外，MCFAs及單甘油酯可通過與細(xì)胞信號通路相關(guān)的膜相互作用影響免疫細(xì)胞，特別是T淋巴細(xì)胞能對動物T細(xì)胞的增殖進(jìn)行線性調(diào)節(jié)、下調(diào)促炎細(xì)胞因子、降低巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮和活性氧。Christien等在2～4周齡犢牛飼料中添加辛酸單甘油酯和GMLs混合物，犢牛的體內(nèi)外周血單核細(xì)胞分泌的白細(xì)胞介素（Interleukin，IL）-17以及中性粒細(xì)胞數(shù)量顯著降低，說明MCFAs具有免疫調(diào)節(jié)作用，并且有利于應(yīng)激和高病原物負(fù)荷時期清除犢牛體內(nèi)的病原體。Lee研究了0.5%癸酸對小型豬由抗環(huán)磷酸酰胺誘導(dǎo)的腸道炎癥、氧化應(yīng)激和腸道屏障功能的改善作用，發(fā)現(xiàn)癸酸能夠防止炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，抑制氧化應(yīng)激以及改善腸道屏障功能。Sarah等發(fā)現(xiàn)，在基于純化魚油的小鼠日糧中添加10%椰子油和10%MCTs可顯著降低小鼠體內(nèi)的腫瘤壞死因子-（Tumornecrosis Factor-Alpha，TNF-）、IL-1引起的炎癥反應(yīng)，提高小鼠的免疫能力。

1.4 對動物腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響 MCFAs除了能直接給腸細(xì)胞供能外，還具有調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)，改善腸道健康的功效。MCFAs是腸細(xì)胞的一種能量來源，能夠緩解斷奶應(yīng)激對仔豬絨毛長度和隱窩深度的負(fù)面影響。Chwen等在斷奶仔豬日糧中添加含有MCFAs的添加劑可提高仔豬的腸道絨毛高度和絨毛隱窩比、降低隱窩深度、并且降低了消化道pH，減少斷奶仔豬的應(yīng)激反應(yīng)。同樣，Zhang的試驗(yàn)表明，MCTs能夠提高斷奶仔豬十二指腸和空腸絨毛高度，而隱窩深度有所降低，從而增加了絨毛高度與隱窩深度的比值，使仔豬腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收面積擴(kuò)大，減少了上皮淋巴細(xì)胞的數(shù)量，降低了細(xì)胞凋亡的風(fēng)險。Kirsten在母豬飼糧中添加MCFAs或MCTs均能改善由脂多糖刺激母豬腸道產(chǎn)生的空腸絨毛萎縮、絨隱比降低以及上皮脫落的現(xiàn)象，以防止母豬腸道黏膜受損。此外，MCFAs對家禽的腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)也有類似作用。Radovanovi?等研究表明，在肉雞日糧中添加MCFAs和抗球蟲劑混合物顯著增加了十二指腸和盲腸絨毛高度以及隱窩深度，顯著降低了十二指腸和回腸絨毛寬度；MCFAs能夠顯著提高肉雞血清高密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯的濃度，對腸道組織形態(tài)和微生態(tài)區(qū)系有一定的改善作用。

2 MCFAs在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 MCFAs對動物生產(chǎn)性能的影響 目前，MCFAs對動物生產(chǎn)性能影響的研究主要集中在豬、禽類等單胃動物，對反芻動物牛、羊等報道較少。Han等報道，0.1%的MCFAs（辛酸和乙酸混合物）可以替代2 500 mg/kg的氧化鋅來提高斷奶仔豬對粗蛋白質(zhì)、鈣、磷、能量、組氨酸、苯丙氨酸和蘇氨酸的表觀消化率，以及改善其平均日增重和平均日采食量。Malgorzata等給妊娠后期和哺乳期母豬飼喂含MCFAs的油脂（椰子油）日糧，同時在仔豬飼糧中添加0.3%辛酸和0.3%MCTs，發(fā)現(xiàn)椰子油對妊娠后期和哺乳期母豬的繁殖率無顯著影響，但母豬產(chǎn)仔豬時的死亡率有所降低；同時，辛酸和MCTs均能顯著提高仔豬的平均日增重和斷奶重，其中辛酸降低了總膽固醇含量，MCTs提高了免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白M（IgM）含量。Thomas等也發(fā)現(xiàn)，日糧中添加乳酸和月桂酸混合物組仔豬的日增重、日采食量和耗料增重比較對照組均呈線性提高。Chen等在母豬日糧中添加7.75 g/kg的MCFAs可顯著提高母豬初乳中脂肪、蛋白質(zhì)、IgG、IgA和IgM的濃度，并且縮短了母豬發(fā)情間隔。MCFAs除了與有機(jī)酸混合外，與益生菌聯(lián)合使用時也存在協(xié)同效應(yīng)。Mohana等在斷奶仔豬日糧中添加0.2%由棕櫚仁油衍生的MCFAs混合物（由乙酸、辛酸和月桂酸組成）和0.01%的益生菌（糞腸球菌）能夠顯著改善體增重和飼料轉(zhuǎn)化率，提高血糖水平和養(yǎng)分消化率。有研究表明，0.2%～1% MCFAs和MCT可以有效改善豬的生長性能和腸道健康，1%～2%能夠有效控制飼料病原體。

MCFAs除了可以改善仔豬的生長性能外，在家禽飼糧中添加也具有類似作用效果。Uni等利用MCFAs的抑菌特點(diǎn)，可在肉雞飲用水中使用MCFAs乳化劑來減少肉雞消化道中彎曲桿菌的數(shù)量。在雛雞日糧中添加MCFAs或MCT能夠降低雛雞胃腸道中腸球菌、沙門氏菌、微球菌和厚壁菌的數(shù)量。Solis等在1～10日齡ROSS308肉雞日糧中添加0.7%辛酸可顯著降低肉雞盲腸中沙門氏菌和彎曲桿菌的濃度。在家禽的日糧中添加MCFAs也可明顯改善其生長性能及生產(chǎn)性能。Swiatkiewicz等在蛋雞日糧中添加了0.03%揮發(fā)性脂肪酸和0.20%MCFAs對蛋雞蛋殼質(zhì)量具有積極影響，蛋雞體內(nèi)Ca和P含量有所提高，進(jìn)而增加了蛋雞的蛋殼密、厚度和斷裂強(qiáng)度。Nguyen等在肉雞日糧中添加0.02%～0.06%經(jīng)基質(zhì)包被的有機(jī)酸-檸檬酸和MCFAs混合添加劑替代同等量的玉米，肉雞的生長性能、飼料轉(zhuǎn)化率、乳酸菌數(shù)量以及免疫球蛋白濃度均有不同程度提高。Islam等在肉雞日糧中添加MCFAs和釀酒酵母的聯(lián)合添加劑可顯著提高日增重、飼料轉(zhuǎn)化率以及存活率，另外食糜腸、無食糜腸、肌胃以及頭部和頸部重量分別比對照組提高了41%、17%、5%、8%和11%。此外，MCFAs還具有調(diào)節(jié)脂肪代謝或者改善其脂肪酸組成的作用。Shokrollahi等研究表明，與對照組相比，MCFAs（0.1%、0.2%和0.3%）組肉雞的腹脂含量較低，并且MCFAs治療組的血糖、低密度脂蛋白-膽固醇濃度顯著降低，而高密度脂蛋白-膽固醇濃度顯著升高。

MCFAs在水產(chǎn)、反芻動物上也有改善其生長性能的作用。郭盼在雌性斑馬魚飼糧中添加7 g/kg n-3高不飽和脂肪酸和10 g/kg MCFAs可增強(qiáng)雌性斑馬魚的繁殖性能，提高仔魚成活率。汪愈超等在中華鱉的基礎(chǔ)飼料中添加0.02% GMLs可顯著提高中華鱉體重、生長率、背甲長、寬以及中華鱉血清中尿素含氮量和溶菌酶超氧化物歧化酶活性呈增加趨勢。Rosjo等研究發(fā)現(xiàn)，MCTs能夠顯著提高大西洋鮭魚對蛋白質(zhì)、淀粉和氮的消化率，降低其脂肪堆積。Zijderveld等在奶牛飼料中添加20.3 g/kg MCFAs（辛酸和癸酸的混合物）能夠提高奶牛的乳脂含量和脂肪消化率，但對牛奶產(chǎn)量或其他乳成分沒有影響。Ragionieri等在飼喂?fàn)倥?.2% SCFAs和MCFAs單甘油酯混合物對犢牛的體重、日增重和飼料轉(zhuǎn)化率均無顯著影響。Saeidi等研究發(fā)現(xiàn)，在日本鵪鶉日糧中添加0.1%、0.2%和0.4%MCFAs的不同處理間體重、采食量和飼料轉(zhuǎn)化率差異不顯著，MCFAs對日本鵪鶉胸圍、大腿、肝臟、脾臟和法氏囊的重量也無顯著差異。MCFAs在動物生產(chǎn)上應(yīng)用的研究結(jié)果存在一定差異，這可能與MCFAs的種類、添加水平以及受試動物的種類、生長階段及生理狀況等因素密切相關(guān)，因此對于MCFAs的研究還有待進(jìn)一步深入。

2.2 防治疾病 MCFAs及甘油酯可抑制多種類型的脂質(zhì)雙層包膜病毒，如單純孢疹病毒、馬立克氏病毒、Visna病毒、禽流感病毒等。其中，GMLs可抑制馬立克氏病毒及其繼發(fā)性感染病毒，降低患新城疫病毒肉雞的死亡率以及有效防御非免疫鵝群引發(fā)禽流感。Bruno等研究發(fā)現(xiàn)，與抗生素（60 mg/kg桿菌肽）組相比，在基礎(chǔ)日糧中添加100～300 mg/kg GMLs可顯著抑制肉雞球蟲病發(fā)病率，阻止盲腸病變，同時也改善了飼料轉(zhuǎn)化率和肉品質(zhì)。Ronald等的研究也發(fā)現(xiàn)，在感染病毒性吸收不良綜合征的肉雞飼糧中添加SCFAs和MCFAs混合劑，可促進(jìn)肉雞的生長發(fā)育，增加肉雞體重。也有研究表明，GMLs可通過破壞母豬藍(lán)耳病病毒囊膜的脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)，抑制藍(lán)耳病病毒的復(fù)制，進(jìn)而降低母豬體內(nèi)的游離病毒，防止母豬患病毒血癥以及預(yù)防斷奶仔豬的感染發(fā)病。Li等在猿猴免疫缺陷病毒（Simian Immunodeficiency Virus，SIV）恒河猴模型中發(fā)現(xiàn)，GMLs作為一種抗菌化合物，能夠抑制陰道內(nèi)宮頸黏膜信號系統(tǒng)中巨噬細(xì)胞炎性蛋白-3a（Macrophage Inflammatory Protein-3alpha，MIP-3a）和IL-8的產(chǎn)生，進(jìn)而在體外緩解由HIV-1和SIV引起的炎癥反應(yīng)。Carlson在以魚油為基礎(chǔ)的日糧中添加MCTs能夠滿足小鼠生長和發(fā)育，并降低小鼠對炎癥的反應(yīng)。Huang等研究了癸酸和月桂酸對痤瘡假單胞菌的抗炎作用，發(fā)現(xiàn)癸酸和月桂酸可以抑制由痤瘡假單胞菌誘導(dǎo)，并且經(jīng)花生四烯酸預(yù)處理的人單核白血?。═HP-1）細(xì)胞產(chǎn)生白IL-8和TNF-，從而抑制核轉(zhuǎn)錄因子-B（Nuclear Factor Kappa B，NF-B）的活化和絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen-Activated Protein Kinase，MAPK）的磷酸化，減輕痤瘡假單胞菌引起的小鼠耳腫脹和微小膿腫，并顯著減少痤瘡假單胞菌刺激的SZ95皮脂腺細(xì)胞產(chǎn)生IL-6和IL-8，因此研究人員假設(shè)癸酸和月桂酸可以作為痤瘡抗炎治療的候選藥物。

3 小 結(jié)

MCFAs由于其具有獨(dú)特的生理特性和生物功能，可替代飼料中抗生素生長促進(jìn)劑來改善動物的生長發(fā)育、腸道健康、免疫調(diào)節(jié)以及控制飼料病原體。但MCFAs在不同動物中應(yīng)用時的具體添加水平和形式缺少準(zhǔn)確依據(jù)，添加后結(jié)果的差異及其影響機(jī)制也未完全揭示。此外，MCFAs作為脂肪族化合物，其活性及易受加工條件及動物腸道內(nèi)環(huán)境等因素的影響，制約了其作為抗生素替代產(chǎn)品在動物生產(chǎn)中應(yīng)用。因此，在改善MCFAs生物學(xué)效力和適口性的前提下，進(jìn)一步探索MCFAs商品化新工藝，如包被加工技術(shù)以及MCFAs金屬螯合物等，還需更深層次的探索與研究。